전자기계적 접착 및 촉각센싱을 위한 3차원 표면구조의 적층제조

Abstract

오늘날 로봇 그리핑 기술은 생산 자동화 시스템의 필수 요소 중 하나이며, 표면의 접촉을 감지하고 접착력을 가역적으로 조작하는 능력은 로봇 그리퍼의 적용성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 기능이다. 본 연구에서는 3차원의 마이크로 구조물들을 적층제조 기술을 통해 자유롭게 설계하고 제작함으로써, 접촉력을 감지하고 전자기계적으로 접착력의 크기를 조작할 수 있는 3차원의 표면구조를 소개한다. 마이크로 미터 크기의 다양한 3차원 구조적 표면을 설계한 후 광경화 방식 기반(DLP)의 3D 프린팅 기술을 이용하여 제작한 고분자 구조에 은 나노 와이어의 전극 패턴을 형성함으로써, 3차원의 전기회로를 유지하면서도 고탄성변형이 가능한 전자기계적 (electromechanical) 표면을 구현한다. 이러한 전자기계적 표면구조를 활용하면, 다양한 물체와 접촉할 때 전기 용량의 변화를 측정함으로써 접촉 면적, 힘, 재질 등을 감지할 수 있다. 또한, 접촉한 물체에 대하여 0-3 kV의 강한 외부 전압을 인가함으로써 접착력을 크게 변화시킬 수 있다. 본 논문에서는 표면의 마이크로 구조물의 형태 및 각도에 따른 강성과 마찰계수 등 기계적 물성 변화를 분석하고, 여러 조건 하에서 접촉에 따른 전기용량 변화 및 인가 외부 전압에 따른 접착력 변화를 정량적으로 분석한다.